ΜΟΡΙΑΚΗ ΓΕΝΕΤΙΚΗ

Αλέξης Ν. Πολύδωρος

Αναπλ. Καθηγητής Μοριακής Βελτίωσης

Εργαστήριο Γενετικής και Βελτίωσης Φυτών ΑΠΘ

email: palexios@agro.auth.gr

Παρουσιάσεις μαθήματος

http://users.auth.gr/~palexios/ Επιλέγεις Courses Επιλέγεις Molecular Genetics (N539E) Επιλέγεις ΜΟΡΙΑΚΗ ΓΕΝΕΤΙΚΗ (N539) Password: gen-course1

Το βιβλίο του μαθήματος

Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2009

Υλη του μαθήματος

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΥΛΗ

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 1η Εισαγωγή στη Μοριακή Γενετική • Ορισμός της Γενετικής • Κλασσική και σύγχρονη γενετική • Βασικές έννοιες της μοριακής γενετικής • Μεθοδολογίες μοριακής γενετικής έρευνας

Κεφάλαιο 1 και σημειώσεις

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 2η

Γενετική των βακτηρίων • Γενετική ανάλυση στα βακτήρια • Σύζευξη • Μετασχηματισμός • Μεταγωγή

Κεφάλαιο 9 (ΟΧΙ σελ. 356-361, 9.5, 9.6)

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 3η

Το DNA σαν γενετικό υλικό • Πειράματα αναζήτησης του γενετικού υλικού • Σύσταση και δομή DNA και RNA • Οργάνωση του DNA σε χρωμοσώματα

Κεφάλαιο 10

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 4η

Η αντιγραφή του DNA • Η ημι-συντηρητική αντιγραφή του DNA • Οι DNA πολυμεράσες είναι τα ένζυμα αντιγραφής του DNA • To μοριακό μοντέλο αντιγραφής • Η αντιγραφή στους ευκαρυώτες

Κεφάλαιο 11

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 5η Μεταγραφή • Γονιδιακή έκφραση και το κεντρικό δόγμα της Μοριακής Βιολογίας • Η διαδικασία της μεταγραφής • Μεταγραφή σε προκαρυωτικούς και ευκαρυωτικούς οργανισμούς

Κεφάλαιο 13

Υλη του μαθήματος ΕΒΔΟΜΑΔΑ 6η Μετάφραση

• Μοριακή και χημική δομή πρωτεϊνών • Ο γενετικός κώδικας • Η διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης • Διαλογή και μετακίνηση πρωτεϊνών στο κύτταρο

Κεφάλαιο 14

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 7η Ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης • Ρύθμιση της έκφρασης σε προκαρυωτικούς οργανισμούς • Ρύθμιση της έκφρασης σε ευκαρυωτικούς οργανισμούς • Γονιδιακή αποσιώπηση

Κεφάλαιο 19 (19.1) Κεφάλαιο 20 (20.1, 20.4, 20.6)

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 8η Γενετική ανάλυση της ανάπτυξης • Κύρια γεγονότα της ανάπτυξης • Οργανισμοί μοντέλα για τη μελέτη της ανάπτυξης • Η ανάπτυξη σαν αποτέλεσμα διαφορικής έκφρασης των γονιδίων

Κεφάλαιο 21 (21.1, 21.2, 21.3)

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 9η Μεταλλαγές του DNA, επιδιόρθωση, μεταθετά στοιχεία • Είδη μεταλλάξεων • Επιδιόρθωση των βλαβών του DNA • Μεταθετά στοιχεία

Κεφάλαιο 15

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 10η Τεχνολογία ανασυνδυασμένου DNA και εφαρμογές • Τεχνικές Μοριακής ανάλυσης • Κλωνοποίηση DNA • Μοριακή ανάλυση του κλωνοποιημένου DNA • Εύρεση της νουκλεοτιδικής αλληλουχίας του DNA • Αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης

Κεφάλαιο 16 (16.1, 16.4, 16.5, 16.6)

Υλη του μαθήματος

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 11η • Ανάλυση των πολυμορφισμών του DNA • Μοριακές αναλύσεις • Ταυτοποίηση του DNA

Κεφάλαιο 17 (17.2, 17.3, 17.5)

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 12η • Βιοτεχνολογία • Γενετική μηχανική στα φυτά

(17.9, 17.10)

ΕΒΔΟΜΑΔΑ 13η Γονιδιωματική • Δομική γονιδιωματική • Λειτουργική γονιδιωματική

Κεφάλαιο 18

• Ανακεφαλαίωση Μοριακής Γενετικής, προετοιμασία για τις εξετάσεις

Τι να διαβάσετε (για να χαλαρώσετε…)

Τα πάντα για τη γενετική σε κόμικς. Εκδόσεις Κάτοπτρο. 1993 ISBN: 960-7023-54-4

Όλα θέλουν σωστή προετοιμασία…

Συγκρατήστε τα βασικά

ΓΕΝΕΤΙΚΗ: η επιστήμη της κληρονομικότητας

Τι είναι η γενετική;

Γενετική είναι ο κλάδος της βιολογίας που μελετά την κληρονομικότητα και τους φορείς της: τα γονίδια.

Τι είναι η κληρονομικότητα;

Είναι η μεταβίβαση των χαρακτηριστικών και των ιδιοτήτων από τους γονείς στους απογόνους τους.

ΚΛΗΡΟΝΟΜΙΚΟΤΗΤΑ: μεταφορά γνωρισμάτων στους απογόνους

Κληρονόμηση ασθενειών στον άνθρωπο

Σε τι χρειάζεται η γνώση της ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ

1. Η Γενετική κατέχει κεντρική θέση στις Βιολογικές επιστήμες και επομένως για κάθε φοιτητή επιστημών ζωής είναι απαραίτητη η γνώση των αρχών της.

2. Η Γενετική κατέχει κεντρική θέση στη ζωή του σύγχρονου ανθρώπου σε σημαντικούς τομείς όπως η ΥΓΕΙΑ και η ΔΙΑΤΡΟΦΗ ώστε κάθε σκεπτόμενος άνθρωπος δεν μπορεί να αγνοεί τις ανακαλύψεις της

Η χρησιμότητα της ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ στη ΓΕΩΠΟΝΙΑ

• Γνώση του τρόπου ελέγχου των χαρακτηριστικών των φυτών και βελτίωσή τους.

• Απόδοση • Αντίσταση σε εχθρούς/ασθένειες • Αντοχή σε αντιξοότητες του περιβάλλοντος • Αύξηση θρεπτικής αξίας • Αισθητική βελτίωση χαρακτήρων (π.χ. άνθος) • Μετασυλλεκτική διατήρηση • Γενετική τροποποίηση • και άλλα χαρακτηριστικά…

Gregor Johann Mendel Οι νόμοι της κληρονομικότητας

• Mendel, J.G. (1866). Versuche über Plflanzenhybriden Verhandlungen des naturforschenden Vereines in Brünn, Bd. IV für das Jahr, 1865 Abhandlungen:3-47.

• Druery, C.T and William Bateson (1901). "Experiments in plant hybridization". Journal of the Royal Horticultural Society 26: 1–32. http://www.esp.org/foundations/genetics/classical/gm-65.pdf

Pisum sativum

Οι νόμοι του Mendel

1. Νόμος του διαχωρισμού – Κάθε άτομο έχει ένα ζευγάρι γονιδίων που

λέγονται αλληλόμορφα για να ελέγχουν ένα χαρακτηριστικό και προέρχονται το ένα από τη μητέρα και το άλλο από τον πατέρα του. Μόνο ένα από τα δύο περνάει σε έναν απόγονο κάθε φορά.

2. Νόμος ανεξάρτητης μεταβίβασης – Το γονίδιο που ελέγχει ένα χαρακτηριστικό

μεταβιβάζεται ανεξάρτητα από το γονίδιο που ελέγχει ένα άλλο χαρακτηριστικό.

Hugo de Vries: η έννοια του γονιδίου και η εξέλιξη μέσω μεταλλάξεων

«Pangenes» ο όρος του de Vries για τα σωματίδια της κληρονομικότητας με βάση τη θεωρία του Darwin για την κληρονομικότητα που ονομαζόταν “Pangenesis”.

Oenothera lamarckiana

Carl Correns: κυτοπλασματική κληρονόμηση

Mirabilis jalapa

Erich von Tschermak

• Floyd Monaghan and Alain Corcos Tschermak: a non-discoverer of Mendelism: I. An historical note. J. Hered., November 1986; 77: 468 - 469.

• Floyd V. Monaghan and Alain F. Corcos Tschermak: a non-discoverer of Mendelism II. A critique. J. Hered., May 1987; 78: 208 - 210

Σιτάρι Σίκαλη Βρώμη

Το γονίδιο

Ο Wilhelm Johannsen χρησιμοποίησε πρώτη φορά τον όρο «genes» σε αντιδιαστολή με τον όρο του de Vries «Pangenes» που επικρατούσε μέχρι το 1909.

Phaseolus vulgaris

Τα γονίδια ελέγχουν γνωρίσματα

Τα μόρια της ζωής

ΑΠΛΑ ΜΟΡΙΑ → ΜΑΚΡΟΜΟΡΙΑ

• Αμινοξέα → Πρωτεΐνες • Σάκχαρα → Υδατάνθρακες • Λιπαρά οξέα → Λίπη • Νουκλεοτίδια → Νουκλεϊκά οξέα

Ποια μόρια μεταφέρουν την κληρονομήσιμη πληροφορία;

Οι ιδιότητες του μορίου της κληρονομικότητας • Αντιγραφή – περνά την πληροφορία στους απογόνους

• Ποικιλία μορφών – Υπάρχει σε τεράστιο αριθμό διαφόρων μορφών ώστε να ελέγχει πολλά γνωρίσματα

• Μετάλλαξη – αλλάζει δίνοντας δυνατότητα να δημιουργηθούν νέοι χαρακτήρες

Το μόριο αυτό είναι το νουκλεϊκό οξύ (DNA-RNA)

Ιδιότητες DNA

• Το DNA ως ο φορέας των κληρονομικών χαρακτηριστικών έχει τις πιο κάτω ιδιότητες:

• • Είναι ικανό να αποθηκεύει κωδικοποιημένα μηνύματα στο μόριό του, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο του μεταβολισμού και της ανάπτυξης του κάθε οργανισμού.

• • Μπορεί να αντιγράφεται κατά την κυτταρική διαίρεση, με αποτέλεσμα όλα τα κωδικοποιημένα μηνύματα να μεταφέρονται από την πατρική στη θυγατρική γενιά.

• • Είναι σταθερό και έτσι μεταφέρονται όλα τα κωδικοποιημένα μηνύματα σε πολλές διαδοχικές γενιές.

• • Μπορεί να υποστεί μεταλλάξεις (αλλαγές), με δυνατότητα να δημιουργηθούν νέοι χαρακτήρες που επιτρέπουν στους οργανισμούς να προσαρμόζονται καλύτερα στις μεταβαλλόμενες συνθήκες του περιβάλλοντος.

Τα κύτταρα περιέχουν γονίδια οργανωμένα σε χρωμοσώματα του πυρήνα

Γενετικό υλικό

Τα γονίδια καθορίζουν την κυτταρική δραστηριότητα

Μικρές αλλαγές (μεταλλάξεις) στα γονίδια επιφέρουν σοβαρές αλλαγές στον οργανισμό

Ανακεφαλαίωση

•Γενετική είναι η επιστήμη που μελετά τα γονίδια σαν φορείς κληρονομικότητας

•Τα γονίδια ελέγχουν κυτταρικές διεργασίες

• Τα γονίδια αποτελούνται από DNA

•Τα γονίδια μεταλλάσσονται

Ορολογία

• Γονίδιο • Αλληλόμορφο • Γονιδιακή θέση • Χρωματόσωμα ή χρωμόσωμα • Γονιδίωμα • Πυρήνας • Κύτταρο • Χαρακτήρας • Γενότυπος • Φαινότυπος

Από το DNA στον πυρήνα και...

… στο κύτταρο

Δομή DNA

Διπλή έλικα

Δομική ποικιλομορφία

• Ποικιλία μορφών: Υπάρχουν 4 είδη νουκλεοτιδίων σε μια απλή αλυσίδα DNA. Μπορεί να είναι σε οποιαδήποτε διάταξη και μήκος. Για παράδειγμα, ένα γονίδιο 500 βάσεων μπορεί να πάρει 4500 διαφορετικές διαμορφώσεις

Αντιγραφή DNA

Αντιγραφή

• Δυνατότητα αντιγραφής • Εξαιτίας της συμπληρωματικότητας κάθε

αλυσίδα μπορεί να χρησιμεύσει σαν καλούπι για αντιγραφεί που οδηγεί σε δυο πανομοιότυπα αντίγραφα της αρχικής διπλής έλικας

Μετάλλαξη

• Δυνατότητα μετάλλαξης: • Κατά την αντιγραφή μπορεί να τοποθετηθεί

μια λάθος βάση ή βάσεις να χαθούν ή να διπλασιαστούν. Αυτό το αντίγραφο του DNA και όλα τα αντίγραφά του θα είναι διαφορετικά από το προγονικό μόριο. Η μετάλλαξη θα είναι κληρονομήσιμη.

Μεταγραφή και μετάφραση

DNA RNA Πρωτεΐνη

Μεταγραφή και μετάφραση

• Μια δεδομένη αλληλουχία DNA χρησιμοποιείται από την κυτταρική μηχανή για την παραγωγή μιας συγκεκριμένης αλληλουχίας αμινοξέων

Μεταγραφή

• Η μια από τις αλυσίδες του DNA λειτουργεί σαν καλούπι για τη σύνθεση ενός συμπληρωματικού μορίου RNA γνωστού σαν mRNA

DNA RNA

Σάκχαρο: δεσοξυ-ριβόζη Σάκχαρο: ριβόζη

Διπλή αλυσίδα Μονή αλυσίδα

A, T, C, G A, U, C, G

Μετάφραση

• Μετάφραση του mRNA σε πρωτεΐνη • Υπάρχουν 20 διαφορετικά αμινοξέα στις πρωτεΐνες • Η νουκλεοτιδική αλληλουχία του mRNA «διαβάζεται»

σε ομάδες των τριών νουκλεοτιδίων κατά μήκος της αλυσίδας του mRNA. Κάθε τριπλέτα είναι ένα κωδικόνιο:

– Κωδικόνιο: AUG CUU CAU – Αμινοξύ: Met Pro His

• Υπάρχουν 43=64 διαφορετικά κωδικόνια για 20 αμινοξέα. Περισσότερα από ένα κωδικόνια μπορεί να αντιστοιχούν σε κάθε αμινοξύ (εκφυλισμός του κώδικα).

Μεταφραστική μηχανή

Από το DNA στην λειτουργία

• Η αλληλουχία των νουκλεοτιδίων στο DNA καθορίζει την αλληλουχία των αμινοξέων στην πρωτεΐνη

• Η δομή της πρωτεΐνης και η λειτουργία της καθορίζονται από την αλληλουχία των αμινοξέων της.

Μεθοδοι Γενετικής Έρευνας

• Ευθεία (Forward) γενετική ανάλυση – Από το φαινότυπο στο γονίδιο

• Αντίστροφη (Reverse) γενετική ανάλυση – Από το γονίδιο στο φαινότυπο

Και τώρα καλό διάβασμα!!!